Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 87
Текст из файла (страница 87)
рис.При х =16.3).О энергетическаяа при х =1,0 - чистому фосфиду галлия. При возрастании хот О до0,45 ширина запрещенной зоны соединения ЛЕ3 увеличиваетсяс 1,42 эВ до 1,98 эВ (см. рис. 16.3 и рис. 16.6). В светодиодах надиаграмма соответствует чистому арсениду галлия,=основе таких материалов преобладают прямые переходы (кривая1на рис.16.6).Дальнейшее увеличение содержания фосфора (увеличение х) приводит к непрямым переходам (криваярис.16.6), что вызывает уменьшение вероятности2намежзонной излучательной рекомбинации и, соответственно, внутреннего квантового выхода (кривая1на рис.16.
7).ЛЕ 3 , эВ2,610-22,42,210-32,0Т= 300К11,8GaAs1-xPx:10-41,6прямые:переходы110 _ 5 ,,._~_1,4хGaAs 0,2 0,4 0,6 0,8 GaPРис.16.6о_.__0,2__.!~·,,...t==+:_ _,_н_е_п~~-я_м_ы~~'-il;~0,40,6GaAs0,81,0GaPРис.16.7Раздел4624.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИДля увеличения эффективности, излучательной рекомбинации в фосфид арсенида галлия, как и в фосфид галлия, вводятпримеси. На рис.16.
7(кривая2)проиллюстрировано влияниеазота на величину квантового выхода Т)Ф.Параметры светодиодов. К основным параметрам светодиодовотносятся: яркость и мощность излучения, рабочее постоянноепрямое напряжение, наибольшее постоянное или импульсное обратное напряжения, время нарастания и спада импульса излучения, длина волны излучаемого света (или его цвет), наибольшийпрямой постоянный или импульсный ток, КПД, долговечность иряд других.
Смысл большинства параметров понятен из их названия. Остановимся на специфических параметрах светодиодов .. Яркость В (кд/м 2 ) характеризует свечение светодиода в избранном направлении. Для светодиодов яркость составляет несколько сот кд/м 2 •Минимальное прямое рабочее, или пороговое, напряжение _И порсветодиода определяется энергией излучаемых фотонов; например, для зеленого света энергия фотонапряжение- 2,2эВ, а пороговое на- 2,4 эВ.Максимальное рабочее напряжение ограничивается допустимоймощностью рассеяния светодиода. Оно в основном зависит отконтактной разности потенциалов р-п-перехода и сопротивления базы. Указанные напряжения определяют и соответствующие токи светодиода.постоянные времени нарастания и спада импульса излучения приимпульсном возбуждении светодиодов характеризуют их инерционные свойства.
Эти параметры измеряются между значениями яркости, составляющими 0,1и0,9 максимальной величины.Инерционность светодиодов определяется временем перезарядаемкости прибора. Для светодиодов значения постоянных временисоставляют доли микросекунд.кпд зависит от внутреннего квантового выхода и конструкции светодиодов.
Потери энергии связаны с поглощением света вполупроводнике, контактах и элементах конструкции прибора.Основные характеристики светодиодов. К ним относятся яркостная, спектральная и вольт-амперная (ВАХ) характеристики.Яркостная характеристикачерез р-п-переход,-это зависимость яркости В от токаспектральная характеристика-зависимостьинтенсивности светового потока (или яркости, мощности, силыf ~-~~~~~---rл_а_в_а_1_в_._о_п_т_о_Э11_е_кт~ро_н_н_ь_1е_п_р_и_б_о_р_ы~~-~--~-4-б_ЗrР, мкВт/нмri'1,В, кд/м 2.-------.GaAso,бP0,454Т= ЗООК300320021001600о700А., нм800а)О Jnop8 J, мА46)Рис.16.8света, энергии) от длины волны; ВАХ, как и в обычных диодах,есть зависимостьНа рис.16.8,I = f(U).апредставленыспектральные характеристики,дающие зависимость относительной мощности от длины волныизлучения для светодиода из фосфида галлия (криваяфида арсенида галлия (кривая1)и фос2).Вид яркостной характеристики зависит от структуры р-п-перехода и области, в которой происходит преимущественная рекомбинация носителей заряда.
При малых токахIи, соответственно, малых напряжениях излучение отсутствует. Излучениевозникает при напряжениях, соответствующих энергии излучаемого фотона, приблизительно равной ширине запрещенной зоны,т. е. при и!пор нарис.= ипор (напряжению ипор соответствует ток16.8, б). Рост напр.я:жения (тока) увеличивает ч:Ислорекомбинирующих носителей, следовательно, яркость возрастает.
Прибольших токах начинает сильно проявляться безызлучательнаярекомбинация из-за заполнения ловушек, в резу.Льтате уменьшается квантовый выход и наклон характеристики к оси абсциссстановится меньше. Различия прямых ветвей ВАХ различныхсветодиодов объясняются разной шириной запрещенной зоны исходных материалов. Пробивное напряжение светодиодов при ихобратном включении относительно невелико из-за малой толщины перехода.Конструктивное исполнение светодиодов сильно влияет на величину внешнего квантового выхода, а следовательно, и на КПДприбора.
Из-за высокого коэффициента преломления исходноrоматериала светодиодов большая часть света испытывает полноеРаздел464внутреннее4.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИотражениенаграницеразделаполупроводниквоздух. В результате из-за многократных переотражений отграниц (рис.16.9) происходит значительное поглощение света вполупроводнике, и только малая часть энергии излучения выходит из светодиодов простейшей плоской конструкции.Светодиоды на основе фосфида арсенида галлия (см.
рис.получают наращиванием эпитаксиального слояку из арсенида галлияда316.9)на подлож2Излучаемый в области р-п-перехо1.свет падает на подложку1и частично поглощается, чтоприводит к дополнительным потерям энергии. При более прогрессивной технологииэпитаксиальный слой2выращиваютна прозрачной подложке из фосфида галлия с отражающимнижним покрытием4.Это увеличивает выход полезного излучения. Внешний квантовый выход можно также увеличить засчет применения более сложных конструкций светодиодов.
Нарис.одов16.10 показано устройство( 3 - п-база, выполненнаякристалла полупроводника,одного из типов таких светодив виде полусферического монои12-металлические контакты,эмиттер). Для повышения КПД светодиодов применяют4 -прозрачные полусферические покрытия из стекла и пластмассс высоким показателем преломления, просветляющие (прозрачные для излучаемых волн) покрытия внешней поверхностиприбора и т. д.Излучения различного цвета в индикаторах или индикаторных матрицах (см.
гл.15)реализуют в светодиодах с несколькими переходами. Пример двойной диодной структуры, которая излучает красный или зеленый свет, либо тот и другой одновременно, показан на рис.16.11,где1иконтакты к2-р-областям диода, генерирующим соответст~енно красный и зеленый свет;6-подложка;4и5 - р-п-переходы соответственно3 - n-GaP общий контакт.для красного и зеленого диодов;23241Рис.16.912Рис.416.101n-GaPРис.616.11Глава16.Оптоэлектронные приборы465На практике используются также приборы на основе чистогоарсенида галлия и нитрида галлия, которые дают соответственно инфракрасное излучение (А""900 нм)и излучение голубогосвета, а также другие материалы.Высока.я надежность, большой: срок службы (долговечность),малые рабочие напряжения и потребляемые мощности, небольшие масса и габариты светодиодов обусловили их широкое приiменение в устройствах самого различного назначения.~.'t16.4.1!rПолупроводниковые фотоприемникиОбщая характеристика фотоприемников.
По принципу действия все фотоприемники можно разделить на тепловые и фотоэлектрические; иногда среди последних выделяют еще фотоэлектронные приборы. В тепловых фотоприемниках используют изменениесопротивления чувствительногоэлемента взависимости отегонагрева под действием поглощенного им излучения. В фотоэлектрических (фотоэлектронных) вакуумных приборах используютвнешний фотоэффект, а в полупроводниковых фотоприемниках-внутренний.Наибольшее применение находят полупроводниковые фотоэлектрические приемники, которые и будут основным предметом рассмотрения в этой главе. В общем случае во всех полупроводниковых фотоприемниках (фотодетекторах) происходят следующиепроцессы:генерациясвободных носителей за счетвоздействия излучения на полупроводник; перенос носителейи, возможно, их умножение в зависимости от типа прибора;взаимодействие с внешней цепью.
В результате этих процессовформируете.я выходной сигнал, параметры которого зависят отпадающего оптического излучения.Можно выделить две основные группы оптоэлектронных полупроводниковых фотоприемников, предназначенных дл.я приема,обработки и хранения информации: дискретные фотоприемники смалой апертурой-дл.я приема оптических импульсов (сигналов); многоэлементные фотоприемники-дл.я восприятия световых образов (изображений).Среди фотоприемников первой группы лучшими с точки зрения высоких быстродействия и чувствительности в рабочемдиапазоне длин волн и низкого уровня шумов .являются фотодиоды (особенно с р-i-п-структурой и лавинные), а среди второй-фоточувствительные приборы с зарядовой связью.466РазделПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ4.Фотоприемники являются кр~не важной составной частьюоптоэлектронных информационных систем.
Потребности оптоэлектроники стимулировали создание фотоприемников, обладающих высокими быстродействием и чувствительностью, работающих в самых различных диапазонах длин волн, имеющих хорошие эксплуатационные характеристики и т. д. Перспективыразвития оптоэлектроники в значительной мере определяютсяуровнем достижений в разработке фотоприемных устройств.16.4.1. Фоторезисторы.Фоторезистор представляет собой тонкую пластинку или пленку полупроводника1с омическими контактамивоположных концах (рис.16.12), к2на двух протикоторым подключается электрический источник питания с напряжением И.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
